不同濕地植物配置對(duì)撲草凈的吸收和去除效果研究

張 坤 孫仕仙 石傲傲 鄭 毅

(1 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院， 云南 昆明 650201；2 西南林業(yè)大學(xué)濕地學(xué)院， 云南 昆明 650233；3 云南開(kāi)放大學(xué)， 云南 昆明 650223)

撲草凈(prometryn)是一種選擇內(nèi)吸傳導(dǎo)性三嗪類除草劑，在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水產(chǎn)養(yǎng)殖中被廣泛應(yīng)用[1]。撲草凈具有類似苯環(huán)的結(jié)構(gòu)，是一種內(nèi)分泌干擾物質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，可長(zhǎng)期存在于環(huán)境及生物體中[2]。撲草凈在自然條件下的光化學(xué)降解速度十分緩慢，目前其去除方法主要有高級(jí)氧化法[3-4]、光解法[5]和微生物降解法[6-7]等。但這些方法在實(shí)際應(yīng)用上有難度，成本較高，受環(huán)境條件影響較大，且容易產(chǎn)生有毒副作用的降解產(chǎn)物。而濕地植物修復(fù)則具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)發(fā)揮植物和根際微生物的聯(lián)合修復(fù)作用，既可以有效去除污染物，也可以改善生態(tài)景觀[8]。

近年來(lái)，學(xué)者們?cè)跐竦刂参锶ノ蹤C(jī)制、作用及篩選原則等方面做了大量研究，結(jié)果顯示部分濕地植物組合對(duì)水體污染的凈化效能遠(yuǎn)高于單一濕地植物，但同時(shí)與植物種類、季節(jié)、污染物類型有關(guān)[9-12]。有研究表明，不同挺水植物和沉水植物組成的混合群落可在一定程度上增強(qiáng)其對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中全氮、全磷和化學(xué)需氧量的去除效果，但并非所有組合均有效，且不同組合間的凈化效果存在差異[9-10]。崔麗娟等[8]研究發(fā)現(xiàn)，不同濕地植物組合對(duì)水體中總氮的吸收效果差異顯著，但對(duì)總磷的吸收效果差異不顯著，可見(jiàn)濕地植物配置在對(duì)不同污染物的吸收效果上有所差異。因此，加強(qiáng)濕地植物組合的篩選研究，可充分挖掘濕地植物對(duì)污染物的凈化潛力。但以往研究主要集中在不同植物種類的搭配上，針對(duì)濕地植物不同生物量的搭配對(duì)水體污染物凈化方面的研究較少。根據(jù)項(xiàng)目組成員在國(guó)家高原濕地中心前期的研究結(jié)果[13-15]和預(yù)試驗(yàn)進(jìn)行的植物篩選，本試驗(yàn)選取了對(duì)水體中撲草凈具有較好去除能力的2種植物(香根草和菖蒲)進(jìn)行3種植物不同生物量的搭配處理。其中，香根草(Vetiveriazizanioides)是禾本科香根草屬多年生C4草本植物，根系發(fā)達(dá)，生物量大，能夠適應(yīng)多種逆境環(huán)境，已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境修復(fù)[16]；菖蒲(Acoruscalamus)是一種典型的多年生濕地植物，根系較發(fā)達(dá)，有很強(qiáng)的逆境適應(yīng)能力，是水生生態(tài)修復(fù)的先鋒植物[17]。應(yīng)用上述植物探討不同生物量搭配組合對(duì)水體中撲草凈的吸收和代謝能力的差異，以期為最大效率地發(fā)揮濕地植物對(duì)撲草凈的凈化效果提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2020年5—7月在西南林業(yè)大學(xué)格林溫室進(jìn)行，供試藥品97%撲草凈標(biāo)準(zhǔn)品購(gòu)自濟(jì)南仁諾化工有限公司，供試材料香根草(分蘗苗)和菖蒲分別購(gòu)自江西紅壤研究所和江蘇沐陽(yáng)欣唯珩園林有限公司。試驗(yàn)前先將植株用自來(lái)水清洗干凈，并用高錳酸鉀溶液消毒，再用去離子水清洗3次，將其放入盛有1/2改良Hoagland營(yíng)養(yǎng)液的培養(yǎng)桶中，適應(yīng)性培養(yǎng)1～2周，再選取長(zhǎng)勢(shì)良好、大小一致的植株用于試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置香根草、菖蒲生物量比1∶2(1V-2A)、1∶1(1V-1A)、2∶1(2V-1A)以及香根草(V)和菖蒲(A)單一種植共5種配置方式。各處理下試驗(yàn)植物的總生物量控制在600 g左右。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，以未加植物作為對(duì)照(CK)。試驗(yàn)采用水培種植，培養(yǎng)液為1/2改良Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，放入容量為6 L的黑色培養(yǎng)桶中進(jìn)行培養(yǎng)，2種植物根系間未作分隔處理。具體配方為四水硝酸鈣945 mg·L-1、硝酸鉀506 mg·L-1、 硝酸銨80 mg·L-1、磷酸二氫鉀136 mg·L-1、 硫酸鎂493 mg·L-1、鐵鹽溶液2.5 mg·L-1、 微量元素5 mL·L-1(碘化鉀0.83 mg·L-1、 硼酸6.2 mg·L-1、 硫酸錳22.3 mg·L-1、硫酸鋅8.6 mg·L-1、鉬酸鈉0.25 mg·L-1、 硫酸銅0.025 mg·L-1、 氯化鈷0.025 mg·L-1)。每桶5 L培養(yǎng)液，加入5 mg·L-1未添加抑菌劑的撲草凈。分別于試驗(yàn)第0、第5、第10、第15、第20天采集水樣和植物樣品進(jìn)行撲草凈含量測(cè)定，采樣前采用質(zhì)量差法補(bǔ)充各處理的培養(yǎng)液。并于第20天取樣完畢后分別將香根草和菖蒲的根和葉分離稱量。

1.3 分析方法

1.3.1 樣品提取 水樣提取：每次試驗(yàn)將70 mL左右水樣過(guò)濾后準(zhǔn)確量取50 mL加入分液漏斗，并加入等體積的乙酸乙酯，充分混勻后靜置2～3 min，待液體分層后，保留萃取液(乙酸乙酯層)，再加入等體積乙酸乙酯重復(fù)提取1次，最后將萃取液合并，通過(guò)無(wú)水硫酸鈉吸水后轉(zhuǎn)移至旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)瓶中，于40℃下水浴旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，用3 mL色譜純的正己烷溶解，過(guò)0.45 μm有機(jī)相濾膜，待測(cè)。

植物樣品提?。簩⒉蓸雍蟮娜~和根系樣品準(zhǔn)確稱取2 g (精確到0.01 g)，放入100 mL錐形瓶中，加入40 mL乙腈，蓋上瓶蓋后，于超聲清洗機(jī)中超聲提取40 min，經(jīng)無(wú)水硫酸鈉吸水后放入250 mL旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)瓶中，再用20 mL乙腈重復(fù)提取1次，合并提取液，于40℃下水浴旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，用3.0 mL色譜純的正己烷溶解，過(guò)0.45 μm有機(jī)相濾膜，待測(cè)。

1.3.2 測(cè)定儀器及條件 用美國(guó)賽默飛世爾科技公司生產(chǎn)的Agilent 7890B-5977 MSD氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(gas chromatograph-mass spectrometer, GC-MS) 進(jìn)行定性和定量分析。儀器工作條件如下：氣相色譜參數(shù)：HP-5 MS毛細(xì)管色譜柱 (30 m×0.32 mm i.d.× 0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度260℃；不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量1 μL； 載氣為氦氣 (純度大于 99.999%)，流量為1.0 mL·min-1； 柱升溫程序：初始溫度70℃保持1 min，以25℃·min-1速率升至180℃，再以5℃·min-1速率升至220℃，最后以20℃·min-1速率升至280℃并保持3 min。 質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源 (electron impact, EI)，電子能量70 eV，離子源溫度230℃；接口溫度280℃，四極桿溫度150℃；溶劑延遲時(shí)間3.75 min；掃描方式為全掃描模式(Scan)與選擇離子監(jiān)測(cè)模式 (selected ion monitor, SIM) 同時(shí)進(jìn)行，Scan掃描范圍m/z為50～350，SIM監(jiān)測(cè)離子m/z為241、184、226、199；定量離子為m/z184。撲草凈標(biāo)準(zhǔn)曲線采用含量為 0.5、5.0、10.0、15.0、20.0 mg·L-1的正己烷溶解的標(biāo)準(zhǔn)品溶液制成。

1.4 數(shù)據(jù)處理

去除率=(初始撲草凈含量-水體撲草凈含量)/初始撲草凈含量×100%

(1)

轉(zhuǎn)移系數(shù)(transfer factor, TF)=植物地上部分撲草凈含量/植物地下部分撲草凈含量

(2)

一級(jí)去除動(dòng)力學(xué)方程：y=C0e-kx

(3)

式中，y為固定時(shí)間點(diǎn)水體撲草凈含量(mg·L-1)， C0為水體撲草凈初始含量(mg·L-1)，k為降解速率常數(shù)，x為施藥后的天數(shù)(d)。

t0.5表示撲草凈的半衰期，即水體中撲草凈濃度降低至初始濃度的50%時(shí)所需的時(shí)間；t0.99表示水體中撲草凈的濃度降低至初始濃度的1%時(shí)所需的時(shí)間。t0.5、t0.99可通過(guò)一級(jí)去除動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算得出。

數(shù)據(jù)分析及作圖采用Excel 2013軟件完成。數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的方式表示。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS 22.0軟件完成，多重比較采用LSD法(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植物配置下水體中撲草凈相關(guān)指標(biāo)的變化

2.1.1 水體中撲草凈的含量變化 由圖1可知，5個(gè)植物處理組(1V-2A、1V-1A、2V-1A、V、A)和對(duì)照(CK)相比均促進(jìn)了水體中撲草凈的去除，且香根草和菖蒲生物量比為2∶1處理(2V-1A)水體中撲草凈的含量最低。處理10 d時(shí)，所有處理組中水體撲草凈的含量均顯著低于CK(P<0.05)，香根草單獨(dú)種植(V)水體中撲草凈的含量顯著低于菖蒲單獨(dú)種植的水體(A)(P<0.05)；處理15 d時(shí)，所有植物搭配處理組(1V-2A、1V-1A、2V-1A)水體中撲草凈含量均顯著低于單一植物處理組(V、A)(P<0.05)；處理15和20 d時(shí)，香根草和菖蒲生物量比為2∶1處理(2V-1A)水體中撲草凈的殘留含量最低，且與其他植物搭配處理組(1V-2A、1V-1A)均達(dá)到顯著差異(P<0.05)，20 d時(shí)僅為0.52 mg·L-1。

注：不同小寫(xiě)字母表示同一處理天數(shù)下不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Note: Different lowercase letters indicate significant difference among different treatments at the same day (P<0.05). The same as following.圖1 不同植物配置撲草凈在水體中的含量變化與一級(jí)去除動(dòng)力學(xué)方程Fig.1 Content change and first-order removal kinetic equation of prometryn in water with different plant configurations

綜上，香根草與菖蒲搭配種植對(duì)水體中撲草凈的去除能力高于單一種植，且香根草去除撲草凈的能力高于菖蒲。搭配處理時(shí)，香根草生物量高的處理，去除撲草凈的能力更強(qiáng)。

2.1.2 水體中撲草凈的去除率變化 從水體中撲草凈的去除率來(lái)看(表1)，各處理時(shí)間下，5個(gè)植物處理組(1V-2A、1V-1A、2V-1A、V、A)水體中撲草凈的去除率均顯著高于CK(P<0.05)，2V-1A處理對(duì)撲草凈的去除效果最好。處理5 d時(shí)，3個(gè)植物搭配處理組(1V-2A、1V-1A、2V-1A)水體中撲草凈的去除率均顯著高于單一植物的水體(V、A)(P<0.05)，可以看出此時(shí)不同生物量植物搭配的優(yōu)勢(shì)已開(kāi)始顯現(xiàn)；處理15 d時(shí)，2V-1A處理水體中撲草凈的去除率已顯著高于其余植物搭配處理(1V-2A、1V-1A)；處理20 d時(shí)，2V-1A處理的撲草凈去除率近89.6%，而水體中自然分解的撲草凈(CK)去除率僅為29.0%，最優(yōu)植物搭配處理的撲草凈去除率比CK提高了60.6個(gè)百分點(diǎn)。

2.1.3 撲草凈在水體中的一級(jí)去除動(dòng)力學(xué)方程 根據(jù)不同植物配置處理下水體中撲草凈的含量變化情況，建立了撲草凈的去除動(dòng)力學(xué)方程，結(jié)果見(jiàn)圖1。從動(dòng)力學(xué)方程的k值可以看出，各處理下?lián)洳輧舻暮孔兓^(guò)程符合指數(shù)動(dòng)力學(xué)方程。香根草(V)和菖蒲(A)單獨(dú)種植下水體撲草凈的去除效率為CK的2.8倍和2.2倍。3個(gè)植物搭配處理組(1V-2A、1V-1A、2V-1A)水體撲草凈的去除效率分別為CK的3.5、4.4、6.4倍，其中以2V-1A的去除效率最高，分別為V和A處理的去除效率的2.3倍和2.9倍。

表1 不同處理下水體中撲草凈的去除率Table 1 Removal rate of prometryn in water under different treatments /%

從撲草凈的去除半衰期t0.5(表2)來(lái)看，5個(gè)植物處理組(1V-2A、1V-1A、2V-1A、V、A)均明顯縮短了自然條件下(CK)水體中撲草凈的半衰期(42.36 d)。而植物搭配的3個(gè)處理(1V-2A、1V-1A、2V-1A)中撲草凈的半衰期比單獨(dú)種植香根草(V)分別縮短了1.15、5.49、7.53 d，比單獨(dú)種植菖蒲(A)分別縮短了5.77、10.11、12.15 d。

從撲草凈的t0.99指標(biāo)看，理論上幾乎完全去除水體中的撲草凈，水體中自然分解(CK)需要272.47 d，接近1年的時(shí)間；單獨(dú)種植香根草和菖蒲則分別需要96.63和125.47 d；而通過(guò)2種植物相互搭配的方式則大大縮短了撲草凈的t0.99，1V-2A、1V-1A、2V-1A的撲草凈t0.99分別為77.06、62.49和43.81 d，其中2V-1A處理的t0.99最低，比單獨(dú)種植香根草(V)和單獨(dú)種植菖蒲(A)分別縮短了52.82和81.66 d。由此可見(jiàn)，適當(dāng)比例的濕地植物搭配種植可明顯提高水體中撲草凈的去除效率。

表2 撲草凈在水體中的t0.5和t0.99Table 2 t0.5 and t0.99 of prometryn in water /d

2.2 不同搭配處理下植物組織中撲草凈的含量變化動(dòng)態(tài)

2.2.1 香根草不同部位撲草凈的含量變化動(dòng)態(tài) 由圖2-A可知，香根草根系中的撲草凈含量隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)；處理5 d時(shí)，2V-1A處理根系中撲草凈的含量最高，為18.24 mg·kg-1；處理10 d時(shí)，香根草根系撲草凈含量在所有植物搭配處理(1V-2A、1V-1A、2V-1A)間差異不顯著，但均顯著高于香根草單獨(dú)種植(V)(P<0.05)；至處理15 d，各處理中根系撲草凈的含量持續(xù)下降，20 d時(shí)，所有處理間根系中撲草凈的含量均無(wú)顯著差異。

由圖2-B可知，香根草葉片中的撲草凈含量在10 d時(shí)最高，10 d以后呈下降趨勢(shì)。處理5 d時(shí)，香根草葉片中的撲草凈含量在2V-1A處理下最高，但僅與1V-2A處理和V處理間差異顯著(P<0.05)；處理10 d時(shí)，2V-1A處理下的葉片撲草凈含量達(dá)8.32 mg·kg-1， 顯著高于其他處理(P<0.05)；處理15 d時(shí)，各處理葉片中撲草凈的含量均有所下降，處理20 d時(shí)，所有處理間葉片中撲草凈的含量均無(wú)顯著差異。

從植物體內(nèi)的撲草凈含量可以看出，在處理初期，撲草凈被香根草大量吸收，所以處理5 d時(shí)香根草根系的撲草凈含量最高，與菖蒲搭配可以促進(jìn)香根草對(duì)撲草凈的吸收；處理10 d時(shí)處于香根草中撲草凈從根系向葉轉(zhuǎn)移期，所以葉中的含量最高；15 d時(shí)處于撲草凈在香根草體內(nèi)的代謝期，撲草凈含量在植物根系和葉中均有明顯降低，說(shuō)明撲草凈開(kāi)始在植物體內(nèi)被大量代謝掉。

圖2 香根草根(A)和葉(B)中撲草凈含量變化情況Fig.2 Variation of prometryn concentration in root(A)and leaf(B)of vetiver

2.2.2 菖蒲不同部位撲草凈含量變化動(dòng)態(tài) 由圖3-A可知，菖蒲根系的撲草凈含量變化趨勢(shì)與香根草相同，均是處理5 d時(shí)最高，之后逐漸降低。處理5 d時(shí)，菖蒲根系撲草凈含量表現(xiàn)為1V-2A處理最高，與1V-1A、2V-1A處理間差異不顯著，顯著高于菖蒲單獨(dú)種植(A)(P<0.05)；處理10 d時(shí)，1V-2A處理?yè)洳輧艉恳廊蛔罡撸@著高于其余3個(gè)處理(A、1V-1A、2V-1A)(P<0.05)，處理15和20 d時(shí)，菖蒲根系的撲草凈含量均呈下降趨勢(shì)，不同處理間差異均不顯著。

由圖3-B可知，菖蒲葉片的撲草凈含量變化呈先升高后降低趨勢(shì)，均在處理10 d時(shí)撲草凈含量達(dá)到最高，之后逐漸降低。處理5 d時(shí)，菖蒲葉片中撲草凈含量在1V-2A處理下最高，與A和2V-1A處理之間差異顯著(P<0.05)；處理10 d時(shí)，各處理均達(dá)到撲草凈吸收的最大值，3個(gè)植物搭配處理(1V-2A、1V-1A, 2V-1A)間差異顯著(P<0.05)，其中1V-2A處理葉片撲草凈含量依然最高。處理15和20 d時(shí)各處理間菖蒲葉片的撲草凈含量均無(wú)顯著差異。

圖3 菖蒲根(A)和葉(B)中撲草凈含量變化情況Fig.3 Variation of prometryn concentration in root(A)and leaf(B)of calamus

從菖蒲各處理間撲草凈的含量可以看出，其對(duì)撲草凈的吸收能力比香根草略弱，但對(duì)于撲草凈吸收的變化趨勢(shì)與香根草相同，在處理初期以吸收為主，然后向葉轉(zhuǎn)移，最后開(kāi)始在體內(nèi)代謝，總體含量逐漸減少。菖蒲生物量大的搭配處理?yè)洳輧艉吭谖蘸娃D(zhuǎn)移期時(shí)要高于其余處理，即菖蒲生物量在配置處理中占優(yōu)勢(shì)時(shí)，其對(duì)撲草凈的吸收能力會(huì)增強(qiáng)。

2.2.3 不同植物配置處理下香根草和菖蒲的轉(zhuǎn)移系數(shù) 2種植物在不同搭配處理下的轉(zhuǎn)移系數(shù)見(jiàn)圖4。結(jié)果表明，香根草的轉(zhuǎn)移系數(shù)大部分在處理20 d時(shí)達(dá)到最大值，菖蒲的轉(zhuǎn)移系數(shù)在處理15 d時(shí)達(dá)到最大值。處理5 d時(shí)，香根草和菖蒲的轉(zhuǎn)移系數(shù)分別在0.3和0.2左右，3個(gè)植物搭配處理(1V-2A、1V-1A、2V-1A)間差別不大，菖蒲單獨(dú)種植(A)處理最低；處理10 d時(shí)，香根草的轉(zhuǎn)移系數(shù)為0.5～0.7，菖蒲的轉(zhuǎn)移系數(shù)略低于香根草，為0.3～0.5；處理15 d時(shí)，菖蒲的轉(zhuǎn)移系數(shù)大部分高于香根草，在2V-1A處理下最高；20 d時(shí)，香根草和菖蒲的轉(zhuǎn)移系數(shù)分別為0.70～0.89和0.59～0.69?？傮w看來(lái)香根草對(duì)撲草凈的轉(zhuǎn)移能力高于菖蒲，這可能是其對(duì)撲草凈吸收能力略強(qiáng)的原因之一。

圖4 不同植物配置下香根草(V)和菖蒲(A)的轉(zhuǎn)移系數(shù)Fig.4 Transfer coefficient of V. zizanioides(V) and A. calamus(A) under different plant configuration

2.2.4 不同植物配置處理對(duì)撲草凈的吸收和去除能力 在處理20 d后，根據(jù)生物量計(jì)算植物根和葉中的撲草凈總量，減去水中殘留的撲草凈含量和對(duì)照撲草凈的分解量，計(jì)算因種植植物而去除掉的撲草凈量，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，2V-1A處理植物體內(nèi)殘留的撲草凈總量最高，且由植物去除掉的撲草凈總量最高，為14.19 mg，與其余處理間差異顯著(P<0.05)，經(jīng)過(guò)20 d去除了57%的撲草凈；其次是1V-1A處理，去除了11.72 mg的撲草凈，占總撲草凈的47%；1V-2A、V和A處理分別去除了39%、29%和20%的撲草凈。

從植物體內(nèi)殘留的撲草凈總量來(lái)看，香根草生物量占比大的處理植物體內(nèi)的撲草凈總量較高，這反映了香根草對(duì)撲草凈的耐受能力較強(qiáng)。綜合來(lái)看，植物搭配種植能促進(jìn)其對(duì)水體撲草凈的凈化速率，其中香根草在生物量上占優(yōu)勢(shì)時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)去除的撲草凈更多。

表3 處理20 d后不同植物配置對(duì)撲草凈吸收和去除能力分析Table 3 Analysis on absorption and removal of prometryn by different plant combinations after 20 days of treatment /mg

3 討論

3.1 濕地植物對(duì)水體污染的凈化效果及影響因素

香根草對(duì)水體中的磷和抗生素有較好的吸附作用[18-20]，且對(duì)土壤中的重金屬具有較強(qiáng)的吸收能力，可以對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間地吸附和去除[21-24]。菖蒲不僅可以去除水體中的氮、磷及大腸桿菌，還可以促進(jìn)大顆粒懸浮泥沙的沉降[25-28]。從近些年對(duì)濕地植物水體凈化效能的研究看，濕地植物在凈化水體方面可能受植物種類、環(huán)境因子、植物種類配置模式三方面的影響[18,29]。前期研究發(fā)現(xiàn)，香根草對(duì)于高含量的撲草凈有較高的耐受能力，可以耐受含量高達(dá)10 mg·L-1的撲草凈，且通過(guò)添加氮素和腐殖酸均可以促進(jìn)香根草對(duì)撲草凈的吸收[13-15]。而預(yù)試驗(yàn)也證明菖蒲對(duì)撲草凈有較好的吸收能力。本研究還發(fā)現(xiàn)不同生物量配置也會(huì)對(duì)濕地植物的水體凈化效果產(chǎn)生影響，這可能與香根草和菖蒲對(duì)撲草凈的吸收能力不同有關(guān)，吸收能力強(qiáng)的植物為優(yōu)勢(shì)植物時(shí)，會(huì)通過(guò)植物相互作用使其在凈化過(guò)程中發(fā)揮更大的作用。吳雨涵等[30]研究發(fā)現(xiàn)，濕地植物群落對(duì)水體中污染物的去除效果良好，其中根系發(fā)達(dá)的植物具有更強(qiáng)的凈化效果，這與本研究結(jié)果一致，香根草根系較菖蒲發(fā)達(dá)，因此其對(duì)撲草凈的吸收效果高于菖蒲。李歡等[31]研究發(fā)現(xiàn)，不同濕地植物組合在污染程度較低的水體里，對(duì)污染物的去除效果與單一濕地植物之間差異不顯著，但當(dāng)水體污染程度加重后，不同濕地植物搭配對(duì)水體污染物的吸收效果高于單一濕地植物。本試驗(yàn)選取的撲草凈含量同樣高于環(huán)境中存在的含量，這可能是植物搭配效果顯著的原因之一。

3.2 植物搭配促進(jìn)水體中撲草凈去除的機(jī)理探討

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，2種植物搭配種植對(duì)水體中撲草凈的去除能力比單一種植2種植物更強(qiáng)，說(shuō)明2種植物間存在相互作用。植物間的相互作用可分為地上相互作用和地下相互作用，對(duì)于本試驗(yàn)中利用植物搭配提高了其對(duì)水體中撲草凈的去除能力，推測(cè)有以下幾方面的作用機(jī)理。

第一，植物間的養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)作用。在農(nóng)業(yè)上，經(jīng)常會(huì)通過(guò)間作的方式來(lái)提高植物對(duì)土壤的養(yǎng)分利用率[32]，種間相互作用在農(nóng)作物間作系統(tǒng)的高產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，將2種農(nóng)作物混種在一起，可以通過(guò)高矮搭配充分利用光熱資源，改善植物生長(zhǎng)發(fā)育[33]。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)濕地植物搭配也有類似的情況，將蘆葦、香蒲、荻3種水生植物進(jìn)行搭配時(shí)，在雙酚A的脅迫下，植物組合處理可以增加同種植物的光合色素含量并提高植物的抗氧化酶活性[34]。此外，大量研究顯示不同濕地植物搭配時(shí)均存在養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)作用，這種競(jìng)爭(zhēng)作用會(huì)影響植物的生物量和生長(zhǎng)密度，且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期適應(yīng)后會(huì)逐漸形成以優(yōu)勢(shì)物種為主導(dǎo)的植物組成結(jié)構(gòu)，但這種競(jìng)爭(zhēng)作用不會(huì)影響水體中污染物的去除[35-36]。另有研究顯示在環(huán)境脅迫下，耐受性較好的植物可能具有更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在鹽脅迫下，蘆葦因比香蒲的耐受性好，而在競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中其生長(zhǎng)指標(biāo)占據(jù)了優(yōu)勢(shì)，生長(zhǎng)速度未因香蒲的存在而減慢，反而年生長(zhǎng)量有小幅度提高[37]。本試驗(yàn)顯示，香根草對(duì)撲草凈的去除能力高于菖蒲，在搭配試驗(yàn)中以香根草為優(yōu)勢(shì)植物的處理對(duì)撲草凈的去除效果高于其他處理，可見(jiàn)通過(guò)植物之間的養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)促進(jìn)了香根草對(duì)撲草凈的吸收。

第二，植物根系形態(tài)和根系分泌物的改變。由于在植物營(yíng)養(yǎng)吸收過(guò)程中，水體是由根部吸收后再轉(zhuǎn)移到葉的，所以根系的相互作用尤為重要[38]。研究顯示，種間競(jìng)爭(zhēng)可能改變植物的根系形態(tài)，不同物種所受到的影響不同，這種影響可能會(huì)使植物根系的各項(xiàng)指標(biāo)產(chǎn)生變化；而且植物的相互作用引起的空間競(jìng)爭(zhēng)對(duì)某些植物生長(zhǎng)可能產(chǎn)生促進(jìn)或抑制作用，這種作用主要對(duì)根系影響較大[39]。另外，根系分泌物的改變是植物間相互作用的關(guān)鍵，不僅對(duì)自身生長(zhǎng)產(chǎn)生一定影響，還可以影響鄰近物種的生長(zhǎng)，發(fā)揮植物的防御功效。有研究顯示[39]，在香蒲與蘆葦混合種植時(shí)，對(duì)植物的根系分泌物、生物量均產(chǎn)生了一定的影響，且在種間競(jìng)爭(zhēng)中，還改變了植物的根系物理形態(tài)，在根系完全作用時(shí)，香蒲的地上總生物量增加了6倍左右，而蘆葦?shù)纳L(zhǎng)則受到了一定的抑制。同樣在一些農(nóng)作物的間作系統(tǒng)中，在植物相互作用下，根系分泌物的變化可以增加植物對(duì)磷的利用率[40]。在萬(wàn)壽菊和絨葉植物的種間競(jìng)爭(zhēng)中，萬(wàn)壽菊根系分泌物中滲出的噻吩對(duì)絨葉植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生了負(fù)面影響[41]。而本試驗(yàn)中，香根草的根系較菖蒲發(fā)達(dá)，在根葉之間的轉(zhuǎn)移系數(shù)也較菖蒲高，這可能是香根草對(duì)撲草凈吸收去除效率高的原因。但在二者相互作用下根系分泌物的改變是否會(huì)對(duì)撲草凈的吸收和降解有促進(jìn)作用還有待于進(jìn)一步研究。

植物在長(zhǎng)期的環(huán)境脅迫下會(huì)逐漸進(jìn)化出不同的適應(yīng)機(jī)制，不同植物的適應(yīng)能力也會(huì)有所差異。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)香根草和菖蒲的合理搭配可以促進(jìn)水體中撲草凈的去除，這一結(jié)果可為今后合理利用濕地植物進(jìn)行環(huán)境修復(fù)提供參考，但具體效果還有待進(jìn)一步驗(yàn)證，其中的分子機(jī)制仍需后期通過(guò)轉(zhuǎn)錄組、代謝組等方法進(jìn)行更深入地探討。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，不同生物量比例的香根草和菖蒲搭配種植下，2種植物對(duì)撲草凈的吸收能力均有所增強(qiáng)，且對(duì)水體中撲草凈的去除效果優(yōu)于單一植物，其中香根草對(duì)撲草凈的吸收能力和莖葉轉(zhuǎn)移能力高于菖蒲。香根草和菖蒲生物量比為2∶1(2V-1A)時(shí)去除撲草凈的效果最佳。